광절연체란 무엇이며 어떻게 작동합니까?

광절연기(광 커플러, 포토 커플러, 광 커플러라고도 함)는 빛을 사용하여 절연된 회로 간에 전기 신호를 전송하는 반도체 장치입니다.

이러한 전자 부품은 고전압 이미터가 신호를 수신하는 저전력 회로에 영향을 미치지 않도록 전기 절연을 사용하는 다양한 통신 및 모니터링 시스템에 사용됩니다.

광절연체의 회로도는 이미터(이 경우 입력 신호 전송을 위한 적외선 발광 다이오드(IRED) 또는 레이저 다이오드)와 신호 수신을 위한 포토센서(또는 포토트랜지스터)로 구성됩니다. 이러한 방식으로 입력 신호는 전기 에너지를 생성하거나 전자 장치 또는 기타 전원 공급 장치에서 나오는 전류를 변조할 수 있습니다.

LED 포토다이오드(보통 포토센서의 일종)에 입력 전류를 가하면 적외선이 생성되어 광 아이솔레이터 내부의 물질을 통과하게 됩니다. 빔은 투명한 틈을 가로질러 이동하고 변환기 역할을 하는 수신기에 의해 포착됩니다. 신호 분리를 사용하여 센서는 변조된 빛을 다시 출력 신호로 변환할 수 있습니다.

광절연체의 입력측은 포토레지스터, 포토다이오드, 포토트랜지스터, 실리콘 제어 정류기 또는 트라이액일 수 있습니다. 광결합 무접점 계전기에는 출력측 전원 스위치(보통 MOSFET의 보완 쌍)를 구동하는 포토다이오드 광절연기가 포함되어 있습니다.

마이크로컨트롤러, 인쇄 회로 기판 및 변압기와 같은 전자 장비는 무선 주파수 전송으로 인한 전압 서지, 낙뢰 및 전원 공급 장치 볼트의 스파이크에 노출될 수 있습니다.

포토레지스터 기반 광절연기는 기타 앰프와 같은 장비의 중단을 방지하기 위해 1968년 오디오 및 음악 산업에서 처음 사용되었습니다. 광절연기는 고전압 부품과 저전압 장치가 비례적인 방식으로 함께 작동하도록 하는 안전한 방법을 제공합니다.

광절연기는 단일 장치(이미지 참조)에 포함되어 있으며 추가 리드가 있는 집적 회로 또는 트랜지스터 모양을 갖습니다. 자동화를 통해 조직은 광커플러를 사용하여 고전력 출력 회로에서 저전력 회로를 분리하고 신호에서 전기 노이즈를 제거할 수 있습니다.

광절연기는 디지털 신호로부터 전압을 분리하는 데 가장 적합하지만 아날로그 신호를 전송하는 데에도 사용할 수 있습니다.

1Mbps(초당 메가비트)를 초과하는 데이터 속도의 격리는 고속으로 간주됩니다. 디지털 및 아날로그 광절연기에 사용할 수 있는 가장 일반적인 속도는 1Mbps이지만, 10Mbps 및 15Mbps 디지털 속도도 사용할 수 있습니다.

광절연체는 현대 디지털 용도로 사용하기에는 너무 느린 것으로 간주되지만, 연구자들은 1990년대부터 대안을 만들었습니다.

통신에서 고속 광절연기는 서버 및 통신 애플리케이션용 전원 공급 장치에 사용됩니다. 예를 들어 유선 이더넷 LAN용 PoE(Power over Ethernet) 기술이 사용됩니다. 광절연기 구성요소는 전기 서지로부터 이더넷 및 광섬유 케이블을 보호할 수도 있습니다. VoIP 전화에서는 트랜지스터 출력 광커플러를 사용하여 전기 신호를 격리할 수 있습니다.

모뎀을 사용하여 전화선에 연결하는 경우 더 이상 일반적이지 않지만 광절연기를 사용하면 전기 서지나 스파이크로 인한 손상 위험 없이 컴퓨터를 전화선에 연결할 수 있습니다. 이 경우 장치의 아날로그 섹션에 두 개의 광절연기가 사용됩니다. 하나는 업스트림 신호용이고 다른 하나는 다운스트림 신호용입니다. 전화선에 서지가 발생하더라도 광학 갭이 전류를 전도하지 않기 때문에 컴퓨터는 영향을 받지 않습니다.